کشف چشمه های داغ ۳۰۰ درجه ای زیر دریای یخ زده جنوبگان

دانشمندان موفق شده‌اند در اعماق دریای جنوبگان، دنیایی پنهان را که تا پیش از این فقط از روی نشانه‌های غیرمستقیم حدس زده می‌شد، از نزدیک مشاهده کنند. در این مأموریت، یک زیردریایی رباتیک در عمق ۱۳۰۰ متری زیر سطح آب به منطقه‌ای رسید که در آن مایعات فوق‌داغ از بستر دریا به بالا فوران می‌کنند و در اطرافشان زیست‌بومی دریایی کاملاً متفاوت و کم‌سابقه شکل گرفته است.

این کشف می‌تواند نگاه دانشمندان به حیات در محیط‌های بسیار سخت را تغییر دهد؛ جایی که نه نور خورشید وجود دارد و نه شرایط معمول برای زندگی، اما با این حال موجودات زنده راهی برای بقا پیدا کرده‌اند.

مأموریت موفق کره جنوبی در اعماق جنوبگان

مؤسسه تحقیقات قطبی کره جنوبی KOPRI اعلام کرده گروهی به سرپرستی پارک سونگ هیون، پژوهشگر ارشد این مرکز، توانسته‌اند با استفاده از کشتی تحقیقاتی یخ‌شکن Araon مأموریتی موفق را در ناحیه رشته‌کوه میان‌اقیانوسی جنوبگان به پایان برسانند. این منطقه حدود ۱۲۰۰ کیلومتر با ایستگاه جانگ‌بوگو فاصله دارد.

در این مأموریت، از یک زیردریایی بدون سرنشین برای بررسی مستقیم دریچه‌های گرمابی در بستر دریا استفاده شد. به گفته KOPRI، این نخستین بار در جهان است که چنین بررسی مستقیمی در این بخش از جنوبگان انجام می‌شود.

دریچه‌های گرمابی چیستند و چرا مهم‌اند؟

آب‌های سطحی جنوبگان محیطی بسیار سرد و یخ‌زده دارند و دمای آن‌ها حدود منفی ۱ درجه سانتی‌گراد است. اما هزاران متر پایین‌تر، شکاف‌هایی در پوسته زمین وجود دارد که از آن‌ها مایعاتی با دمای بیش از ۳۰۰ درجه سانتی‌گراد به بیرون فوران می‌کند.

این پدیده به دلیل شرایط خاص اعماق دریا رخ می‌دهد. آب دریا از شکاف‌های پوسته اقیانوس وارد زمین می‌شود، در مجاورت ماگما داغ می‌شود و سپس همراه با موادی مانند آهن، مس، روی، سولفید هیدروژن و متان دوباره به دریا بازمی‌گردد.

نکته مهم اینجاست که در چنین عمقی، فشار آب بسیار بالاست. فشار به ازای هر ۱۰ متر عمق، تقریباً یک اتمسفر افزایش پیدا می‌کند. به همین دلیل، این مایعات حتی با وجود دمای بالای ۳۰۰ درجه هم به جوش نمی‌آیند و به صورت مایع باقی می‌مانند.

آیا این چشمه‌های داغ، دریای جنوبگان را گرم می‌کنند؟

با وجود دمای بسیار بالای این مایعات، دانشمندان می‌گویند دریچه‌های گرمابی تأثیر چشمگیری بر دمای کلی آب‌های جنوبگان ندارند. دلیلش این است که مایعات خارج‌شده خیلی سریع با آب بسیار سرد اطراف مخلوط می‌شوند و در فاصله‌ای کوتاه، دمای آن‌ها به شدت کاهش می‌یابد.

در نتیجه، گرمای این چشمه‌ها در مقیاس گسترده در اقیانوس پخش نمی‌شود. دمای اصلی آب‌های جنوبگان همچنان تحت تأثیر عوامل بزرگی مانند نور خورشید و گردش جریان‌های اقیانوسی تعیین می‌شود. بنابراین، این دریچه‌ها را باید منابع گرمایی محلی و استثنایی در کف عمیق دریا دانست، نه عامل گرم شدن کل منطقه.

حیات بدون نور خورشید؛ زیست‌بومی عجیب در اعماق

با اینکه این دریچه‌ها آب اطراف را به طور گسترده گرم نمی‌کنند، اما از نظر زیستی اهمیت بسیار زیادی دارند. در محیط‌های افراطی، حتی یک منبع انرژی محدود هم می‌تواند پایه شکل‌گیری حیات باشد.

در اعماق دریا که نور خورشید اصلاً نفوذ نمی‌کند و فتوسنتز ممکن نیست، زندگی بر پایه فرایندی به نام شیمی‌ساخت ادامه پیدا می‌کند. در این فرایند، میکروارگانیسم‌ها موادی مانند سولفید هیدروژن و متان را تجزیه می‌کنند و از آن‌ها ماده آلی می‌سازند. همین ماده آلی پایه زنجیره غذایی این محیط را شکل می‌دهد.

برخی جانداران نیز با میکروب‌های همزیست زندگی می‌کنند و انرژی مورد نیاز خود را مستقیماً از آن‌ها می‌گیرند. به همین دلیل، اطراف این دریچه‌ها اکوسیستم‌هایی شکل می‌گیرد که هیچ شباهتی به زیست‌بوم سطح دریا ندارند.

گونه‌هایی متفاوت از اقیانوس‌های دیگر

در دریچه‌های گرمابی اقیانوس‌های آرام و اطلس معمولاً کرم‌های لوله‌ای و صدف‌های خاص دیده می‌شود، اما جنوبگان زیست‌بوم متفاوت خودش را دارد. در این منطقه، گونه‌های ویژه‌ای از سخت‌پوستان، نرم‌تنان و خارپوستان زندگی می‌کنند که در دیگر نقاط جهان به این شکل دیده نشده‌اند.

نکته جالب این است که این موجودات معمولاً فقط در محدوده‌ای بسیار کوچک، در حد چند ده تا چند صد متر اطراف هر دریچه زندگی می‌کنند. چون این مناطق از هم جدا هستند، هر دریچه گرمابی می‌تواند جامعه زیستی منحصر‌به‌فرد خودش را داشته باشد.

چرا بررسی اعماق جنوبگان این‌قدر دشوار است؟

دریچه‌های گرمابی از دهه ۱۹۷۰ در اقیانوس‌های دیگر شناخته شده‌اند و دانشمندان سازوکار کلی آن‌ها را تا حد زیادی می‌دانند. اما در جنوبگان شرایط فرق می‌کند. اگرچه رشته‌کوه میان‌اقیانوسی اطراف این قاره همه شرایط لازم برای شکل‌گیری دریچه‌های گرمابی را دارد، بررسی میدانی این مناطق بسیار کم بوده است.

دلیل اصلی، شرایط فوق‌العاده سخت محیطی است. آب‌های جنوبگان فاصله بسیار زیادی از مناطق مسکونی دارند و رساندن پژوهشگران، تجهیزات اعماق دریا و تدارکات لازم به این ناحیه، نیازمند سفری چند هفته‌ای یا حتی چندماهه است. خودِ رسیدن سالم به محل مأموریت، یکی از سخت‌ترین بخش‌های کار به شمار می‌رود.

از طرف دیگر، به‌کارگیری تجهیزات تخصصی اعماق دریا بسیار پرهزینه و پیچیده است. یک زیردریایی رباتیک برای فعالیت به هماهنگی میان نیروهای متخصص، کابل‌های ارتباطی و شناور پشتیبان نیاز دارد. همین موضوع باعث می‌شود هزینه مأموریت فقط به زمان حضور دستگاه زیر آب محدود نباشد و کل سفر را در بر بگیرد.

در بسیاری از مأموریت‌های جنوبگان، ممکن است کشتی یک تا دو ماه در حال حرکت باشد، اما زیردریایی فقط چند روز فرصت عملیات واقعی داشته باشد. همین نسبت، فشار مالی این نوع پروژه‌ها را بسیار بالا می‌برد.

نقطه عطف در پژوهش‌های جنوبگان

تحقیقات روی دریچه‌های گرمابی جنوبگان با بررسی منطقه East Scotia Ridge وارد مرحله تازه‌ای شد. در آن مأموریت، فوران مستقیم مایعات داغ از بستر دریا در عمق حدود ۲۵۰۰ متر ثبت شد و نتایج آن در سال ۲۰۱۲ منتشر شد.

همان یافته‌ها نشان داد که جنوبگان احتمالاً میزبان اکوسیستم‌های کاملاً مستقل و ویژه خود است. از آن زمان، نشانه‌هایی از فعالیت گرمابی در مناطق دیگری از آب‌های جنوبگان هم شناسایی شد، اما مشاهده مستقیم این زیست‌بوم‌ها همچنان بسیار نادر باقی ماند. تا امروز فقط در چند نقطه محدود، وجود این دریچه‌ها به طور قطعی تأیید شده است.

آری‌آری؛ زیردریایی رباتیکی که به اعماق جنوبگان رفت

تیم کره‌ای برای بررسی بخشی ناشناخته از رشته‌کوه میان‌اقیانوسی جنوبگان، مأموریتی گسترده ترتیب داد. آن‌ها منطقه‌ای در آب‌های آزاد، در فاصله حدود ۱۲۰۰ کیلومتری از ایستگاه جانگ‌بوگو در سرزمین ویکتوریا را هدف قرار دادند؛ ناحیه‌ای که به دلیل دسترسی بسیار دشوار، یکی از مهم‌ترین مناطق ناشناخته جنوبگان به شمار می‌رفت و پیش‌تر هیچ مشاهده مستقیمی در آن انجام نشده بود.

به گفته پارک سونگ هیون، این رشته‌کوه پیرامون جنوبگان تقریباً دست‌نخورده باقی مانده بود، اما با فراهم شدن زیرساخت‌هایی مانند کشتی یخ‌شکن Araon، امکان دسترسی به آن فراهم شد. او توضیح داد که تیم پژوهشی از سال ۲۰۱۱ به طور پیوسته در این زمینه کار کرده و پس از سال‌ها جمع‌آوری داده برای تعیین محل دقیق دریچه‌ها، سرانجام زیردریایی را به همان نقاط اعزام کرده است.

روش‌های قدیمی چه محدودیت‌هایی داشتند؟

تا پیش از این، پژوهشگران امکان مشاهده مستقیم کف دریا را نداشتند و مجبور بودند با روش‌های غیرمستقیم نمونه‌برداری کنند. آن‌ها از ابزارهایی استفاده می‌کردند که به صورت نسبتاً تصادفی روی بستر کشیده می‌شد تا مواد و موجودات احتمالی جمع‌آوری شوند.

با وجود این محدودیت‌ها، تیم تحقیقاتی در سال ۲۰۱۷ با استفاده از دوربین‌های زیرآبی توانست وجود برخی جانداران اعماق دریا را تأیید کند. همچنین سال گذشته حدود ۳۵۰ کیلوگرم نمونه معدنی با همین روش جمع‌آوری شد.

اما این روش‌ها ضعف‌های جدی داشتند. وقتی پژوهشگر محل دقیق را نمی‌بیند، پیدا کردن نمونه مورد نظر بسیار سخت می‌شود و احتمال آسیب دیدن نمونه‌ها هنگام بالا کشیدن نیز افزایش می‌یابد. به همین دلیل، تیم کره‌ای تصمیم گرفت رویکرد خود را تغییر دهد و به جای تکیه بر نمونه‌برداری کور، از مشاهده مستقیم با زیردریایی رباتیک استفاده کند.

زیردریایی آری‌آری چه توانایی‌هایی دارد؟

برای اجرای این برنامه، پژوهشگران با یک شرکت رباتیک همکاری کردند تا یک زیردریایی بدون سرنشین مخصوص کاوش اعماق دریا بسازند. هدف آن‌ها این بود که هم هزینه‌ها را کاهش دهند و هم دانش فنی مورد نیاز را در داخل مجموعه توسعه دهند.

نتیجه این همکاری، زیردریایی Ariari بود؛ یک سامانه اعماق‌پیما که می‌تواند تا عمق ۶۰۰۰ متر پایین برود. این زیردریایی در مأموریت اخیر عملکرد موفقی از خود نشان داد.

Ariari تا عمق ۱۳۰۰ متری پایین رفت، تغییرات دما و ترکیب شیمیایی آب را دنبال کرد و توانست یک دریچه گرمابی فعال را در حال فوران ثبت کند. این زیردریایی به صورت زنده از ساختارهای دودکشی‌شکل که مایعات فوق‌داغ را بیرون می‌ریختند، از جوامع زیستی اطراف و از پراکندگی مواد معدنی فیلم‌برداری کرد. همچنین توانست نمونه‌های مورد نیاز پژوهشگران را به شکل هدفمند و سالم جمع‌آوری کند.

احتمال کشف گونه‌های جدید در جنوبگان

تیم KOPRI اعلام کرده که در این مأموریت مجموعه متنوعی از نمونه‌های زیستی به دست آمده است. پژوهشگران با استفاده از بازوهای رباتیک و مکشنده‌های نصب‌شده روی زیردریایی، در مجموع ۱۲ نمونه از جانداران اعماق دریا از جمله مرجانیان، اسفنج‌ها و خارپوستان جمع‌آوری کردند.

برخی از این نمونه‌ها احتمالاً به گونه‌هایی ناشناخته تعلق دارند. دانشمندان معتقدند چون این جانداران در محیطی بسیار خشن و خاص زندگی کرده‌اند، می‌توانند سرنخ‌های تازه‌ای درباره سازگاری زیستی در شرایط افراطی در اختیار پژوهشگران قرار دهند.

قرار است در بررسی‌های بعدی، اصول زیستی حاکم بر اکوسیستم‌های گرمابی جنوبگان با جزئیات بیشتری مشخص شود.

کشف مهم معدنی در کنار دستاوردهای زیستی

این مأموریت فقط از نظر زیستی مهم نبود. پژوهشگران همچنین به داده‌های ارزشمندی در حوزه زمین‌شناسی دست پیدا کردند. آن‌ها به طور مستقیم مشاهده کردند که در اطراف دریچه‌های گرمابی، ذخایر گسترده‌ای از کانه‌های سولفیدی غنی از مس و روی پراکنده شده است.

این یافته می‌تواند به درک بهتر فرایندهای زمین‌شناسی در اعماق جنوبگان کمک کند و تصویر روشن‌تری از چگونگی شکل‌گیری این ساختارها در اختیار دانشمندان قرار دهد.

جمع‌بندی

کشف مستقیم چشمه‌های داغ بیش از ۳۰۰ درجه‌ای در زیر دریای یخ‌زده جنوبگان، یکی از مهم‌ترین دستاوردهای تازه در پژوهش‌های اعماق دریا به شمار می‌رود. این مأموریت نه تنها وجود زیست‌بومی منحصربه‌فرد را تأیید کرده، بلکه احتمال شناسایی گونه‌های جدید و درک بهتر سازوکار حیات در محیط‌های بسیار سخت را نیز افزایش داده است.

به گفته پژوهشگران، مشاهده مستقیم محیط گرمابی اعماق در رشته‌کوه میان‌اقیانوسی جنوبگان حتی در مقیاس جهانی هم اتفاقی نادر است. استفاده از تجهیزات رباتیکی پیشرفته باعث شده داده‌ها و نمونه‌هایی بسیار دقیق‌تر از روش‌های سنتی به دست آید.

این کشف می‌تواند آغاز فصل تازه‌ای در شناخت اعماق ناشناخته جنوبگان باشد؛ جایی که زیر لایه‌های یخ و سرمای شدید، هنوز دنیایی شگفت‌انگیز و تا حد زیادی ناشناخته پنهان مانده است.

منبع: عصر ایران